基于5G网络中的关键技术及实际应用分析

王璐　杨方明

摘要：本文针对5G网络进行全面分析，了解5G网络覆盖的划时代意义，分析当前5G网络的发展前景和应用优势，掌握5G网络覆盖区域，重点研究5G网络的关键技术，探索5G网络在安卓系统安全、智能平安社区管理、远程医疗等民生应用中的通信服务应用，促进我国5G网络建设的全面推进。

关键词：5G网络;发展前景;关鍵技术;实际应用分析

1 5G网络的概述

1.1 5G网络覆盖的意义

随着通讯技术的不断发展，我国已经发展到第五代通讯网络技术，称之为5G网络，继4G网络的延伸后，5G网络的实际速度可以达到1Gbps运行速度以上，极大程度的提高了人们的上网体验，对城市网络发展具有重要意义。就我国目前的移动通讯系统而言，对无线通讯的不断优化与开发，实现了5G网络的全面推广，并在5G网络的全面覆盖中，同时也面临着巨大的考验。首先5G网络的进入可以促使各区域的数据量变得巨大，有望突破以往的一千倍以上，并且5G网络的设备连接一会远远超过4G网络的设备连接，并且也会提升用户上网速率的百倍以上，有效的降低了低功率设备的电池消耗，延迟了电池的使用寿命，并可以提升端网直接的传输速率，降低传输延迟现象。不但如此，在5G无线网接入范围内的性能拓展以外，5G无线网还能够实现高效的甚至灵活的网络资源共享，因此，5G无线网能够实现各类型的客户合作。

1.2 5G网络目前的发展背景

自2015年背景召开IMT-2020峰会中提出的5G技术规划以来，我国5G网络建设正在加紧进行，其中会议提出的5G技术包含无线技术和网络技术两块内容。在网络架构上，如何将SDN和NFV理念引入5G网络中是当前重要的研究内容，但是5G网络如何在各个场景中实现仍然存在较大的分歧，为此，深入研究5G网络关键技术具有重要意义。

2 5G网络的应用优势

就我国当前的5G网络来看，在应用中主要具备量大优势，分别是高速下载和高兼容性。首先从下载速率层面来看，5G网络相比于4G网络提升了百倍速率，从官网给出的TD-LTE数据可以看出，传统4G 网络的下载速度可以达到40M/s的体验，相当于可以支持高清视频的播放以及高品质音乐的下载等量数据的传输服务。而5G网络的到来，直接将下载速度提升到了3.6G/s，以目前的硬盘读写技术来说，固态硬盘的读写速度为250M/s，即使是普通硬盘也能够达到100M/s的读写速度。5G网络的下载速度远远超过了硬盘的读写速度。

其次从5G网络的兼容性来看，作为未来通信网络的趋势，5G网络肩负着重要的责任，结合5G网络关键技术的设计方向来看，其中涵盖了4G、3G、2G网络中所有的无线通信技术平台，彰显出5G网络强大的兼容性，实现了良好的资源整合方案，同时也大大降低了5G网络的维护成本，解决了资本开支。

3 5G网络技术规划

为了能够更好的实现5G网络的规划，应该基于人工智能技术的理念，应用在5G网络的规划过程中，不但可以有效的提升5G无线网的运行速度，还能够实现网络架构搭建的不断创新，逐渐实现新型的5G无线网架构、多天线传输规划以及D2D技术等。就目前的现状而言，基于人工智能视野下，采用LTE技术接入到5G无线网的架构中，不但可以减少网络系统的延时，提升网络传输速率，还可以减少网络搭建成本和运维成本。在人工智能的引入环境下，未来5G无线网的搭建将采用C-RAN技术的介入，利用C-RAN的集中化处理特点，能够实现协作式网络介入和云计算等架构，其技术的基本思路是可以充分利用自身的特点，降低光网络传输的成本，能够有效的实现远端的天线与集中化信息节点之间的无线传输，并以此为基础，覆盖大量的服务基站，并可以实现百公里内的设备进行无线接入功能。应用C-RAN进行架构搭建，能够有效的实现协调技术，并且降低外界对5G无线网造成的干扰，降低运行能耗，摒弃提高频谱的效率，与此同时，还可以对智能网联进行集中处理，很大程度的降低了运维成本，也减少了人员维护的工作量，有效节约了运营开支。基于人工智能技术的应用，还可以在5G无线网规划中引入有源天线阵列，并将传统的2D阵列升级到现在的3D阵列，增加天线的数量。同时，还可以实现创新的3D-MIMO技术，不断的降低外界对网络的干扰，实现全面的无障碍覆盖，通过3D-MIMO技术的全面实施，可以良好的掌握5G无线网空间的接收品质，在以往的巅峰网络状态时，也仅仅是通过网络基站实现对周围的网络覆盖，网络基站具有极大的局限性，灵活性较差，不能及时作出调整和移动，甚至中继站也一样，灵活性都比较差，这样的现象已经不能满足现在的网络需求，目前无线网络的应用越来越广泛，无线设备的用户量和业务量在逐年成倍增长，这样的以基站为中心向四周覆盖网络的形式已经不能满足现在的网络需求。因此，在5G无线网的搭建中，应该充分引入人工智能理念，采用D2D技术的应用，通过D2D技术能够实现无基站传输，不用借助基站进行网络始末端通讯传输，可以实现全新的网络连接方式。D2D技术能够有效的实现短距离传输，这样就保障了数据传输的高效性，降低了网络拥堵和延时的现象，同时也降低了传输能耗，提高了网络传输的质量。传统的蜂窝通信传输方式主要是以网络基站为中心向四周进行覆盖，通过5G无线网对人工智能技术的相关应用，完美的改善了这一现状，提升了网络体验，提高了网络的灵活性与可靠性。通过D2D技术的传统，能够实现高质量的传输速度，减少网络传输距离带来的延时。

4 5G网络的关键技术

4.1高频段通讯技术

在传统的移动通讯工作中，频段通讯一般集中在3GHz以下，导致频谱资源极度紧张，高频段的资源尚未全面开发，可用频谱丰富，5G网络关键技术能够实现高频段的短距离通信，同时也能够满足5G网络传输的速率和存储容量需求。因此，高频段通信技术时5G网络未来重点发展目标，在5G网络设计中受到广泛关注，高频段能够为5G网络提供充足的可用带宽，同时实现无线设备小型化发展，也可以大幅度的实现5G网络天线的增益，具有超高的应用价值。但是高频段通讯也存在一定的缺陷，就是传输距离受到限制，并且绕射能力有限，很容易收到外界因素的影响，因此，在未来的发展中，要针对高频段通讯进行优化与研究，重点发展稀土的设计和射频器件的研究，进一步解决相关问题。

4.2大规模MIMO技术

在5G网络的大规模MIMO基站中，通常需要配置上线跟天线，相比于现阶段4GMIMO系统的天线数量要多的多，而且大规模MIMO基站的服务用户数量要少于天线数量。基站是利用同一个时频资源对多个用户的设备进行服务，并全面挖掘自由空间。其次，5G网络中的MIMO基站将原本2D的天线阵列发展为3D阵列，从而实现了先进的3D-MIMO技术，能够实现多个用户的智能波束缚型，降低了多个用户之间相互干扰的风险，同时也能够实现基站的同时发送与接收多个不同信号的能力，大大提升了频谱的利用率，增强数据传输的稳定性与可靠性。

4.3终端直通技术

结合当前的通信网络系统来看，各个设备之间的通信基本都是依靠无线通信运营商构建的基站实现控制，但是随着无线业务的逐渐增多，出现了功耗、容量以及覆盖等多重问题，并且无法满足越来越多的用户需求，同时也无法提供不同场景下的业务服务。

随着终端直通技术的出现，可以借助服务基站实现各个通讯终端之间的直接互通，由于具有通信距离短的特点，终端直通技术可以有效的实现高速传输的效果，并且解决了功耗问题，降低了延时效果，同时也有效的支持更灵活的网络架设方式与连接方法，提高了5G网络的可靠性与灵活性。在5G网络系统建设中，未来人们可以由终端姿态技术进行通信，从而组成分布式网络系统，每个用户的节点都可以实现信号的接收与发送，同时实现自动路由的功能，共享所有硬件资源，同时可以实现自动路由的所有功能，共享硬件资源，也可以直接访问，不许要进行中间实体。

4.4新型多址技术

随着智能终端的全面普及，移动业务也实现了全面发展，全新的业务需求也越来越多，当前的无线传输速率以及满足不了用户体验需求。所以，在5G网络中采用了新型多址接入技术，通过复用的接入方式，改变了传统的接入方式，新型多址技术在进行发送时一般采用非正交发送方式，并通过干扰信息的主动引入，实现接收端的正确解调，其基本思想是利用复杂的接收机设计来换取良好的频谱效率。新型多址技术能够将一个资源同时分配给不同的也用户，尤其是处在上行密集的场景中具有较好的应用价值。新型多址技术在5G网络彰显出了良好的性能优势，并且更适合未来网络发展方向，通过大量的研究证实，采用新型多址技术可以有效的提高50%的数据总量。

4.5超密集网络

随着智能终端的全面普及，5G网络的未来发展方向将呈现爆炸式增长，数据流量也大幅度提升，数据业务将主要集中在室内以及热点区域内，大大降低了小区半径，实现低功率节点的增加，以此来保障5G网络的高流量运行，为此，超密集网络是未来5G网络发展的关键技术。随着超密集网络技术的应用，可以有效的改善当前的网络覆盖模式，全面提升5G网络系统的容量，是爱心灵活的品类复用和网络部署。此外，在節点之间的距离逐渐减少，小区边界数也不断增加，网络部署越来越密集使得网络结构越来越复杂，通过炒米机网络的应用，可以有效的消除干扰，实现小区间的切换，增强终端的能力。

4.6新型网络架构

目前，LTE接入网通常采用扁平式网络架构，可以降低系统的时延现象，节省网络建设和维护成本，随着5G网络的进入，采用新型的C-RAN网络架构，实现集中化网络处理和写作时无线架构，形成绿色的网络接入。新型网络架构的基本理念就是充分利用低成本的高速光传输技术，将远端的天线集中化中心阶段传输无线信号，从而实现上百个基站的覆盖和服务，有效的降低 干扰，减少功能，同时提高频谱效率，实现智能化的动态网组，集中化处理也能够有效降低成本。

5 5G网络的实际应用

5.1 5G网络在安卓系统中的应用

安卓系统是一种自由和开放是的源代码操作系统，其主要应用在移动终端设备中，案追系统的架构和操作系统相同，都是采用分层架构，其主要分为四层，包括应用程序层、系统内核层、应用程序框架层和系统运行库层。对于系统内核层来说，可以发挥出5G网络的应用，利用5G纳米技术实现安卓基础文件和硬件的分离效果。由于5G网络传输速率高，可以实现无缝隙的将硬件驱动由云存储转化到终端，大大降低了终端的使用空间，同时也丰富了终端的外设装置，并且安卓系统本身的开放性对自身的安全性产生影响，为通讯安全带来了巨大的考验，通过5G纳米技术的应用可以提高保密性，通过量子密码学进行系统加密，降低了安卓系统信息泄露的风险。

5.2 5G网络医疗领域的应用

5G网络的发展使远程医疗不再遥远，通过5G网络的不断发展，在医疗领域即将实现远程诊断。就我国当前人口特征来看，老龄化问题在社会发展中越来越严重，老年疾病的发病率也在急速上升，对我国医疗机构的资源需求也越来越大。目前，我国医疗领域面临着人才稀缺的问题，每年医学相关的应届毕业生从事医生本专业工作的占比不足20%，面临着社会对医疗人才的需求越来越大，给医疗机构带来了巨大的难题，为了有效的解决这一问题，实现医疗资源的配置和优化，需要有效提高医疗资源配置效率。随着5G网络的进入，能够有效的实现远程医疗服务，大大的降低了现场就医的成本，同时也简化了医疗诊断流程，为生活在偏远地区的人们提供了 医疗便利，5G实现远程诊断后，人们可以足不出户享受医疗服务，患者也可以在当地就享受发达地区的专家会诊，彻底又花了医疗资源配置，促进我国医疗领域的全面提升。

5.3 5G网络在智慧社区建设中的综合管理

基于5G网络构建智慧社会管理平台，将社区所有的智慧化子系统接入到平台统一管理，自主开发多谢已适配以及联动控制等模块，实现子系统的集中管理和一键控制等功能。在智慧平安社区的管理中，通过5G网络能够职能出发襄颖园，实现消防告警预案联动，比如在发生消防告警时，通过5G技术可以启动相应等级的消防应急预案，播放公共广播吸引，播报应对措施，选择逃生线路，同时启动监控中心声光告警，视频系统高清摄像头切换火情位置，投放到监控中心大屏幕上，消防烟雾探测开启，逃生线路门禁自动打开。

6 结束语

综上所述，城市5G网络的搭建正朝着综合化、智能化以及多元化发展，随着关键技术的植入，5G网络能够实现多个领域的应用，对未来的通信领域发展具有重要意义。未来的城市网络数据流量需求一定会成倍增长，为了更好的实现城市5G网络规划，应该不断探索和研究5G网络关键技术的优化与应用，促进未来通信技术的发展。

参考文献

[1]余莉，张治中，程方，胡昊南.第五代移动通信网络体系架构及其关键技术[J]，重庆邮电大学学报（自然科学版）;2014年04期.

[2]黄韬，刘江，霍如，魏亮，刘韵洁.未来网络体系架构研究综述[J];通信学报;2014年08期.